O metano é um forte gás de efeito estufa que desempenha um papel fundamental no clima da Terra. Sempre que usamos gás natural, se acendemos nosso fogão de cozinha ou churrasco, estamos usando metano.

Apenas três fontes na Terra produzem metano naturalmente:vulcões, interações água-rocha subterrâneas, e micróbios. Entre essas três fontes, a maioria é gerada por micróbios, que depositaram centenas de gigatoneladas de metano no fundo do mar. No fundo do mar, o metano se infiltra, ele se infiltra para cima em direção ao oceano aberto, e as comunidades microbianas consomem a maior parte desse metano antes que ele atinja a atmosfera. Ao longo dos anos, pesquisadores estão encontrando cada vez mais metano no fundo do mar, no entanto, muito pouco sai dos oceanos e vai para a atmosfera. Para onde vai o resto?

Uma equipe de pesquisadores liderada por Jeffrey J. Marlow, ex-pesquisador de pós-doutorado em Biologia Organísmica e Evolutiva na Universidade de Harvard, descobriram comunidades microbianas que consomem rapidamente o metano, impedindo sua fuga para a atmosfera da Terra. O estudo publicado em Proceedings of the National Academy of Sciences coletou e examinou micróbios que se alimentam de metano de sete infiltrações geologicamente diversas do fundo do mar e descobriram, mais surpreendentemente, que as rochas carbonáticas de um local em particular hospedam comunidades microbianas oxidantes de metano com as taxas mais altas de consumo de metano medidas até hoje.

"Os micróbios nessas rochas carbonáticas estão agindo como um filtro biológico de metano, consumindo tudo antes de deixar o oceano, "disse o autor sênior Peter Girguis, Professor de Biologia Organísmica e Evolutiva, Universidade de Harvard. Os pesquisadores estudaram os micróbios que vivem nos sedimentos do fundo do mar por décadas e sabem que esses micróbios estão consumindo metano. Este estudo, Contudo, examinou micróbios que se desenvolvem nas rochas carbonáticas em grande detalhe.

Rochas carbonáticas do fundo do mar são comuns, mas em locais selecionados, eles formam estruturas incomuns em forma de chaminé. Essas chaminés atingem 12 a 60 polegadas de altura e são encontradas em grupos ao longo do fundo do mar, lembrando um grupo de árvores. Ao contrário de muitos outros tipos de rochas, essas rochas carbonáticas são porosas, criando canais que abrigam uma comunidade muito densa de micróbios consumidores de metano. Em alguns casos, esses micróbios são encontrados em densidades muito mais altas nas rochas do que nos sedimentos.

Durante uma expedição de 2015 financiada pela Ocean Exploration Trust, Girguis descobriu uma chaminé de recife carbonatada na costa do sul da Califórnia, no local do mar profundo de Point Dume. Girguis voltou em 2017 com financiamento da NASA para construir um observatório do fundo do mar. Ao ingressar no laboratório de Girguis, Marlow, atualmente Professor Assistente de Biologia na Universidade de Boston, estava estudando micróbios em carbonatos. Os dois decidiram realizar um estudo comunitário e coletar amostras do local.

"Medimos a taxa na qual os micróbios dos carbonatos comem metano em comparação com os micróbios nos sedimentos, "disse Girguis." Descobrimos que os micróbios que vivem nos carbonatos consomem metano 50 vezes mais rápido do que os micróbios no sedimento. Muitas vezes vemos que alguns micróbios sedimentares de vulcões de lama ricos em metano, por exemplo, pode ser cinco a dez vezes mais rápido na ingestão de metano, mas 50 vezes mais rápido é uma coisa totalmente nova. Além disso, essas taxas estão entre as mais altas, se não o mais alto, medimos em qualquer lugar. "

"Essas taxas de oxidação do metano, ou consumo, são realmente extraordinários, e começamos a entender por que, "disse Marlow.

A equipe descobriu que a chaminé de carbonato configura um lar ideal para os micróbios comerem muito metano muito rápido. "Essas chaminés existem porque algum metano no fluido que sai da superfície é transformado pelos micróbios em bicarbonato, que pode então precipitar da água do mar como rocha carbonática, "disse Marlow." Ainda estamos tentando descobrir de onde esse fluido - e seu metano - está vindo. "

Os microambientes dentro dos carbonatos podem conter mais metano do que o sedimento devido à sua natureza porosa. Os carbonatos têm canais que irrigam constantemente os micróbios com metano fresco e outros nutrientes, permitindo que eles consumam metano mais rápido. No sedimento, o fornecimento de metano é muitas vezes limitado porque se difunde por meio de menores, canais sinuosos entre os grãos minerais.

Um achado surpreendente foi que, em alguns casos, esses micróbios são cercados por pirita, que é eletricamente condutor. Uma possível explicação para as altas taxas de consumo de metano é que a pirita fornece um conduíte elétrico que passa elétrons para frente e para trás, permitindo que os micróbios tenham taxas metabólicas mais altas e consumam metano rapidamente.

"Essas taxas muito altas são facilitadas por esses carbonatos que fornecem uma estrutura para o crescimento dos micróbios, "disse Girguis." O sistema se assemelha a um mercado onde os carbonatos permitem que um monte de micróbios se agreguem em um lugar e cresçam e troquem - neste caso, troca de elétrons - o que permite maior consumo de metano. "

Marlow concordou, "Quando os micróbios trabalham juntos, eles trocam blocos de construção como carbono ou nitrogênio, ou eles estão trocando energia. E uma forma de fazer isso é por meio de elétrons, como uma moeda de energia. A pirita intercalada por todas essas rochas carbonáticas pode ajudar a que a troca de elétrons aconteça de forma mais rápida e ampla. "

No laboratório, os pesquisadores colocaram os carbonatos coletados em reatores de alta pressão e recriaram as condições no fundo do mar. Eles deram a eles metano isotopicamente marcado com adição de Carbono-14 ou Deutério (Hidrogênio-2) para rastrear a produção e o consumo de metano. Em seguida, a equipe comparou os dados de Point Dume a seis locais adicionais, do Golfo do México até a costa da Nova Inglaterra. Em todos os locais, rochas carbonáticas em infiltrações de metano continham micróbios comedores de metano.

"Em seguida, planejamos separar como cada uma dessas diferentes partes dos carbonatos - a estrutura, condutividade elétrica, o fluxo de fluido, e densa comunidade microbiana - tornam isso possível. A partir de agora, não sabemos a contribuição exata de cada um, "disse Girguis.

"Primeiro, precisamos entender como esses micróbios sustentam sua taxa metabólica, se eles estão em uma chaminé ou no sedimento. E precisamos saber disso em nosso mundo em mudança, a fim de construir nosso poder de previsão, "disse Marlow." Assim que esclarecermos como esses muitos fatores interconectados se unem para transformar o metano em rocha, podemos então perguntar como podemos aplicar esses micróbios anaeróbicos comedores de metano a outras situações, como aterros com vazamentos de metano. "